IPH 02258: Tratamento de Água e Esgoto, Capítulo 13

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1 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 1. FILTROS BIOLÓGICOS PERCOLADORES DA ETE ANGLO O efluente dos reatores UASB considerados no Capítulo 1 (Esgotos Trata. Anaeróbio UASB), será encainhado para trataento secundário e filtros biológicos. Abaixo, a tabela que já foi considerada no Capítulo 1, referente às vazões afluentes a ETE. Tabela.1: Vazões de esgotos de início e final de plano ETE Anglo Etapa Vazão (L/s) Mínia Mé Máxia Início Fi Cabe destacar que para o conjunto forado por reatores UASB seguido de filtros aeróbios é reconhecido por todos os autores coo u trataento secundário. Vale ressaltar que alguns autores classifica as lagoas anaeróbias ou reatores anaeróbios (UASB), quando isolados, coo trataento secundário. A ETE ANGLO terá duas unidades de filtros biológicos de alta taxa e paralelo, sendo cada ua diensionada para atendiento de etade da vazão é afluente total de fi de plano (10 L/s). Proceder-se-á a verificação do rendiento início de plano, co vazão é afluente total de (104 L/s) direcionada a apenas u filtro, posto que e ua prieira etapa iplantar-se-á o desarenador, dois reatores UASB, u filtro, u decantador secundário. No tocante à verificação do perfil hidráulico, adotar-se-á a vazão áxia de início de plano (167 L/s), quando apenas u filtro estará iplantado. O afluente será aplicado à superfície do leito dos filtros biológicos ente eprego de quatro braços distribuidores, ontados na tradicional fora e cruz, apoiados e coluna central de concreto arado (Figura.1). A continuidade do oviento dos braços distribuidores poderia ser garantida por siples pressão hidrostática, bastando adotar u desnível de pelo enos 1,00 etro a ais e relação ao desnível efetivaente adotado. Optou-se por adotar otor central para proover ua distribuição unifore do afluente aos filtros. Assi, garante-se ua aior flexibilidade operacional, podendo-se otiizar o rendiento da unidade co relação a reoção de atéria orgânica, be coo u controle ais efetivo de vetores coo a psychoda. A adoção do otor para o filtro, alé de reduzir a altura anoétrica do sistea elevatório da EBE Taandaré e pelo enos 1,00, evita proliferação excessiva de vetores e oentos de vazões baixas afluentes à ETE. O efluente do UASB será encainhado para trataento secundário no filtro biológico. Para o diensionaento dos filtros foi adotada ua carga orgânica de 0,9 kg DBO/.. A figura. apresenta o filtro biológico da ETE do balneário Laranjal, do SANEP, e Pelotas-RS. O eso te apenas ua linha de braços distribuidores, diferenteente do que está sendo considerado neste capítulo, que terá dois braços distribuidores e cruz. 1

2 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 Figura.1: tipo de braços distribuidores a adotar para os filtros biológicos. Fonte: Internet, (há fornecedores nacionais para o equipaento) Figura.: filtro biológico da ETE Laranjal, do SANEP, e Pelotas-RS. Os períodos de inundação dos filtros deve ser prograados para que o processo de esvaziaento dos esos seja feito e oentos de vazões circulantes baixas, de fora controlada. Assi, a vazão efluente destas unidades, direcionada ao decantador secundário, não superará as vazões áxias consideradas no diensionaento do decantador. Caso isto viesse a se verificar, o decantador teria seu rendiento sensivelente prejudicado.

3 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 Diensionais dos filtros O volue total dos filtros biológicos será, para a vazão é afluente à ETE para fi de plano, segundo o ite da ABNT NBR 109:011 ( a versão da nora do ano 199 adotava o eso critério): 10 L s 99 g L V 0,9 kg s kg g A área superficial total de filtração será, para ua altura útil de,00 etros (para leito de pedras, a altura liite é de,0 etros, pela ABNT NBR 109:011). A V H 1.6,0 618 Serão adotados dois filtros biológicos, cada u co 09 de área. O diâetro de cada filtro biológico será: 4 A 4 09 D 19,8 0 Assi, cada filtro terá diâetro de 0, área superficial de 14 e volue de 68. Verificação da taxa de aplicação superficial A taxa de aplicação superficial nos filtros de pedra deveria situar-se entre 10 e 60 /. e base a vazão é, aditindo-se até 60 /. para a vazão áxia, pela nora do ano 199. Atualente, pela ABNT NBR 109:011 (ite b), a taxa superficial não deve exceder a 50 /., incluindo-se a vazão de recirculação. Este critério é satisfeito, coo a seguir é verificado para a vazão é de início de plano, co apenas u filtro, e para a vazão é de fi de plano, quando duas unidades já estarão iplantadas. Verificação da taxa de aplicação hidráulica co os quatro raos dos braços hidráulicos operando, e considerando u FB e 005 e dois FB e 04: Q 104 L s 10 A 14 s , L S Q 10 L s 10 A 618 s , L S 04 As taxas de aplicação hidráulica acia verificadas situa-se abaixo do valor áxio adissível, que é de 50 /.. Para a situação operacional noral, ou seja, quando o filtro não estiver co o eio saturado de água por fechaento do stop-log do canal de saída, a velocidade de giro do braço do filtro

4 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 deve ser proporcional ao fluxo oentâneo que estiver ocorrendo. Isto será assegurado por otor de acionaento do braço do filtro, controlado por inversor de freqüência, o que será conteplado no projeto elétrico e no projeto ecânico. Cabe destacar que o últio é elaborado pelo fabricante do equipaento. Pode-se afirar que, por vezes, probleas operacionais nos filtros biológicos exigirão providências dos responsáveis pela operação da ETE. U destes probleas será o excessivo cresciento do file biológico no leito do filtro. O ideal será atuar de fora não apenas corretiva, as tabé preventiva, posto que este fenôeno pode causar entupientos e setores do filtro, levando a acuulação de água nos vazios da brita, e conseqüenteente favorecendo a proliferação de vetores. Ua providência contra o excessivo cresciento do biofile é proover u auento da carga hidráulica no filtro coo u todo, ou seja, fazer co que a vazão nos furos dos braços distribuidores seja increentada através de recirculação. No caso específico da ETE ANGLO a recirculação não será adotada, devido ao terreno plano, que liita o desnível entre as unidades de trataento, a fi de que o desarenador não fique deasiadaente elevado. Assi, proover-se-á u auento de carga hidráulica por setores dos filtros biológicos. A fora de fazê-lo será, e oentos de vazão ais elevada, fazer co que a velocidade angular do braço distribuidor não seja estabelecida pelo inversor de freqüência, as passe a ser ua velocidade tão baixa quanto desejável. Este procediento descarregará ua aior vazão na zona do filtro que estiver sendo aspergida a cada instante. Esta velocidade angular baixa deve ser antida durante vários giros copletos do braço distribuidor, de fora que o filtro vá recebendo a sobrecarga hidráulica gerada, ainda que esta não seja unifore. Esta providência deve arrastar biofile diinuindo a colatação. Cabe destacar que a baixa velocidade angular do braço não deve ser adotada soente e caso de colatação já anifestada, as si e caráter preventivo. Se u filtro encontra-se excessivaente colatado, a água aspergida poderá contornar a ua zona já praticaente se circulação de líquido, proovendo apenas a reoção de biofile e locais do leito que ainda não apresenta colatação, ou seja, o escoaento dar-se-ia através de indesejáveis cainhos preferenciais, e torno de zonas já totalente colatadas. O projeto executivo do equipaento ecânico dos filtros será, coo de praxe, elaborado pela epresa fornecedora do equipaento que vier a ser contratada. O referido projeto executivo deverá ser subetido à apreciação e aprovação da CONTRATANTE. Verificação da carga orgânica voluétrica A carga de DBO aplicada ao único filtro biológico iplantado na prieira etapa será: L g 6 kg s kg DBO5 W005 Q. S s L g A carga de DBO aplicada a cada u dos dois filtros biológicos iplantados e fi de plano será: 4

5 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 10 L g 6 kg s Q. S s L g kg DBO 5 W Gonçalves et al. (001) cita que filtros biológicos, iplantados à jusante de reatores UASB, noralente não necessita de recirculação. Apresenta coo exeplo a ETE Caçadores construída pela Copanhia de Saneaento do Paraná SANEPAR. Esta ETE, co capacidade para 140 L/s, possui reator anaeróbio seguido de filtro biológico operando se recirculação. A DBO no efluente final da ETE situa-se noralente abaixo de 0 g/l. Desta fora, prevê-se que os filtros biológicos da ETE ANGLO operarão se recirculação. Se durante a operação do filtro, observar-se cresciento excessivo de bioassa a ponto de entupir os vazios do eio suporte, haverá a possibilidade de proover recirculação através de ua boba a ser iplantada na caixa coletora de clarificado do decantador secundário. Adotar-se-á apenas ua boba para recirculação de efluente final para o filtro, dispensando unidade reserva. Isto porque, ua eventual pane neste equipaento não coproete o sistea de trataento, que poderá operar se recirculação até que a boba seja consertada. A carga orgânica voluétrica (COV) nos filtros deverá apresentar-se entre 0,5 e 1,0 kg DBO5/ (Gonçalves et al., 001). Mas a ABNT NBR 109:011, no ite b refere que nos FB de alta taxa a esa não deve exceder a 1, kg DBO5/.. COV005 = 890 kg DBO/ / 68 = 1,4 kg DBO5/. COV04 = 556 kg DBO/ / 68 = 0,88 kg DBO5/. Observa-se que a COV é satisfeita para as condições de fi de plano (ano 04), sendo excedida para as condições de início de plano (ano 005). O onitoraento da ETE ANGLO, ua vez iplantada, fornecerá dados de DBO afluente reais, podendo a própria CONTRATANTE verificar se a COV estará ou não sendo excedida. Se isto ocorrer, será recoendável que a iplantação da segunda linha de trataento seja estabelecida coo prioridade, dentro do plano de iplantação de estações de trataento de esgotos. Eficiência dos filtros A eficiência da filtração biológica é calculada de acordo co a Equação 1.1 (Jordão e Pessoa, 1995). 5

6 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo E W 1 0,44 V F E = eficiência (%); w = carga orgânica aplicada (kg/); V = volue do eio suporte ( ); F = fator de recirculação (Equação 1.) (Eq. 1.1) 1 r F (Eq. 1.) r (1 ) 10 Aplicando-se a Equação 1.1 para as condições de início e fi de plano, te-se: F = 1 (se recirculação) E E 10, serecircu lação 1 0,44 890kg ,0 04 serecircu lação 556kg 68 1,0 65% 70% De acordo co a Equação 1.1, a recirculação resulta e u auento da eficiência do processo ua vez que o valor de F fica aior. As cargas de DBO reovidas riaente, e início e fi de plano, serão: Carga DBO5re início de plano = 0,65 x 890 kg DBO5/ = 578,5 kg DBO5re/ Carga DBO5re fi de plano = 0,70 x 1.11 kg DBO5/ = 778,4 kg DBO5re/ Para as condições de início e fi de plano, a DBO5 efluente do filtro biológico seguido de decantador secundário será: DBO Efluente filtro 005 = 99 x (1 0,65) = 5 g/l (= 5 g DBO5/L, padrão FEPAM) (OK) DBO Efluente filtro 04 = 99 x (1 0,70) = 0 g/l (< 5 gdbo5/l, padrão FEPAM) (OK) A eficiência global do sistea reator UASB seguido de filtro biológico e decantador secundário, co relação à DBO5, será: 6

7 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo Eficiência Eficiência % 90% Para o leito do filtro adotar-se-á brita 4. Após o descenso pela brita, o efluente escoará por sistea de drenage de fundo que direciona o percolado a u canal de saída, a partir do qual o efluente vai para o decantador secundário. Produção de lodo A produção de lodo nos dois filtros biológicos é estiada através da Equação (1.). Plodo = YDBOre (Eq. 1.) Plodo = produção diária estiada de lodo [kg SST/]; Y = coeficiente de produção celular (kg SST/kg DBO reovida); DBOre = carga diária de DBO reovida [kg/]; SST = sólidos suspensos totais Adotando-se o valor do coeficiente de produção celular sugerido por Gonçalves et al., (001), 0,75 g SST/g DBO reovida, a produção diária de SST nos dois filtros, para a situação de fi de plano, será: Plodo = 0,75 g SST/g DBOre x (0,70778,4 kg DBOre/) = 409 kg SST/ Sendo 0,70 a fração da carga de DBO que é reovida por. Se a fração de sólidos suspensos voláteis para sólidos suspensos totais for 0,75, a produção diária de sólidos voláteis será 0,75 x 409 = 07 kg SSV/. O volue diário de lodo, a ser direcionado por recalque aos reatores UASB é calculado pela Equação 1.4. V P lodo L (1.4) L fs VL = volue diário de lodo [ /]; L = densidade do lodo [kg/ ]; fs= fração de sólidos suspensos totais no lodo [ - ] Confore estiativa anterior, a produção de lodo total estiada nos dois filtros biológicos é de 778,4 kg/. Aditindo-se que a densidade e o teor de sólidos do lodo do decantador secundário seja, respectivaente, 1.00 kg/ e 1%, o volue diário de lodo por reator deverá ser: 7

8 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 778,4 kg 76, 100kg 0,01 V L de lodo a purgar, no total dos decantadores A produção total de lodo para fi de plano será então de 76, /, a sere direcionados para os reatores UASB. Verificação do canal de drenage de fundo dos filtros O efluente clarificado será coletado e u canal retangular operando e condições de descarga livre. A largura adotada será a ínia recoendada por Crespo (004), 0,40. A declividade no canal será de 0,%. Neste caso, as incógnitas a conhecer serão: (a) altura ho, que corresponde a profundidade da lâina de água no ponto ais alto do fundo do canal; (b) altura hc, a altura crítica de escoaento no canal, que corresponde a profundidade do nível de água no ponto ais baixo do fundo da canal. As respectivas equações são: Q Profundidade crítica: h c (Eq. 1.5) g b Profundidade no ponto ais alto: h o i l (h c ) h c i l (Eq. 1.6) (válida para descarga livre) b = largura do canal central, ; i = declividade do fundo do canal, /; l = copriento do canal, ; Q = vazão de diensionaento do canal, igual a etade da vazão afluente ao decantador. Para a ETE Anglo, a vazão de diensionaento do canal será a vazão áxia de prieira etapa, que escoará no único filtro iplantado e início de plano: Q = 0,167 L/s A vazão de 0,167 /s corresponde a vazão áxia de início de plano. Para fi de plano, a vazão áxia será 0,15 /s, as haverá dois decantadores, cada qual recebendo 0,1075 /s. O períetro do canal de coleta, calculado e seu eixo, é: P D' (D b / ) (Eq. 1.7) b = largura do canal = 0,40 ; D = diâetro do decantador O períetro do decantador secundário será dividido e dois canais, cada u co extensão igual ao períetro dividido por dois. 8

9 IPH 058: Trataento de Água e Esgoto, Capítulo 1 P l (0,0 0,40 / ) 61,57 0,79 O copriento do canal central de coleta é: 0 - (0,40) = 19,0 As profundidades hc e ho são calculadas substituindo-se os respectivos valores nas Equações (1.5) e (1.6). (0,167 s) h c 0, 1768 (lâina na cabeceira do canal) 9,81 s 0,40. h o 0,00 19,0 (0,1768 ) 0,1768 0,74( Lâ in aficanal ) 0,00 19,0 Cotas Cota do canal efluente, se enchiento: 0,00 (aditido por hora) Cota do ponto ais baixo do canal efluente, co enchiento: 0,01 Altura do nível d água no ponto ais baixo do canal efluente: 0,7 Cota do nível d água no ponto ais baixo do canal efluente: 0,01 + 0,7 = 0,8 Cota do ponto ais alto do canal efluente, co enchiento: Cota = 0,01 + 0,00 / 19,0 = 0,05 0,05 Altura do nível d água no ponto ais alto do canal efluente: 0,7 Cota do nível d água no ponto ais alto do canal efluente: 0,07 + 0,7 = 0,4= 0,0 O canal efluente terá largura de 0,40, altura interna de 0,40 e altura externa de 0,50. 9